优秀论文

应用级聚苯乙烯性能的核磁共振谱学特征初探

张玉冰  高照明  黄昌怿

(青岛科技大学分析测试中心)

聚苯乙烯(PS)分为EPS、GPS和HIPS三大类。PS 的生产厂家、牌号众多，性能相差很大。关于工业级PS材料化学组成、化学结构（或聚合物序列）等与材料力学性能（牌号）的关联方面的研究鲜有报道。核磁共振作为一种检测物质微观结构的方法，其优点可使样品处于原始存在状态，且进行全面总量、原位分析，即能够得到样品中所有化合物的谱学特征信息。核磁共振测试的谱图，其信息线性叠加，虽然一种物质出现多组谱峰，增加了谱图解析难度（实际上，这是NMR进行结构定性的优势），但对相同一类的物质，可以简单的进行谱图的比对，得出不同牌号之间的差异信息，作为其牌号的特征性，既指纹特征，经过数据的积累，完成对以后测试未知样品的定性。

高聚物NMR组学方法的主要思路来源于NMR代谢组学，它是利用分析化学中的各种谱学方法获得数据，利用化学计量学或化学信息学的研究方法，将这些海量数据进行统计与分类，从而提取具有特征的或整体变化的信息。组学方法属于一种整体认识的思想，一般需要多变量统计分析的方法。高聚物NMR组学是针对不同厂家来源，不同牌号，甚至不同批号、不同加工批次的高分子材料，通过分析其引起的NMR谱图的变化，找出力学性能与NMR谱图特征之间的关联。这首先需要测试大量样品，但在分类测试之前，一种可以区分材料差异的算法或模型必须首先建立起来。本文结合4种不同牌号的聚苯乙烯，发明了一种“等区域锯齿形加和”编码算法，对四种应用级材料进行了15段信息编码，初步总结了材料的性能和码段之间的对应关系。

聚苯乙烯存有三种立体构型：全同立构、间同立构、无规立构，当考虑到七单元体系时，组合多达几万种。再加上实际应用中加有各种助剂，谱图变得复杂而不可解析，而组学思想恰好为这种复杂样品的分析提供方法。通过分析发现：不同类型聚苯乙烯材料在核磁共振谱图上具有明显的特征信息，这些信息可进一步细化为基本特征信息、功能信息和牌号信息。表征聚苯乙烯材料性质及其三种构型的1H-NMR基本特征是-CH*-在2.25×10-6处出现一个较单纯的峰（全同）；-CH*-在2.10×10-6处出现一个较宽的单峰（间同）；PS的次甲基质子在2.03~2.35×10-6处谱图裂分成多重峰（无规）。表征材料高抗冲击1H-NMR信息是5.65～4.86×10-6处的峰及积分面积大小，1.34～1.03×10-6改性助剂的峰。13C-NMR谱因其宽的频率范围，峰信息更加丰富，除了利用130.69×10-6处出现的组峰研究聚丁二烯的构型外，在42~47×10-6处的组峰及145.0~146.5×10-6组峰的位置、强度更能进一步分析PS的序列结构。而牌号信息可根据材料改性时添加的各种助剂贡献的峰（本例中饱和碳部分峰）进行总结；在化学位移14~34×10-6范围内出现了许多非主体材料—聚苯乙烯的峰，这些在一般定性分析中认为是杂质或干扰物的无用信息，在组学分析中可能正是所需要（或有代表性）的特征，它们的差异恰好用来区分不同体系、来源的材料，进一步代表着材料的性能。

（参考文献、图、表略）